快速排序是由东尼霍尔所发展的一种排序算法。在平均n个项目要Ο(nlogn) 次比较。在最坏状况下则需要 Ο(n2) 次比较,但这种状况并不常见。事实上,快速排序通常明显比其他 Ο(nlogn) 算法更快,因为它的内部循环(inner loop)可以在大部分的架构上很有效率地被实现出来。
快速排序使用分治法(Divide and conquer)策略来把一个串行(list)分为两个子串行(sub-lists)。
快速排序又是一种分而治之思想在排序算法上的典型应用。本质上来看,快速排序应该算是在冒泡排序基础上的递归分治法。
算法步骤:
从数列中挑出一个元素,称为 “基准”(pivot);重新排序数列,所有元素比基准值小的摆放在基准前面,所有元素比基准值大的摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个分区退出之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partition)操作;递归地(recursive)把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序
具体实现有两种方法:
挖坑法指针交换法
挖坑法
给定一组原始数列,要求从小到大排序:
首先,我们选定基准元素Pivot,并记住这个位置index,这个位置相当于一个“坑”。并且设置两个指针left和right,指向数列的最左和最右两个元素:
接下来,从right指针开始,把指针所指向的元素和基准元素做比较。如果比pivot大,则right指针向左移动;如果比pivot小,则把right所指向的元素填入坑中。
在当前数列中,1<4,所以把1填入基准元素所在位置,也就是坑的位置。这时候,元素1本来所在的位置成为了新的坑。同时,left向右移动一位。
此时,left左边绿色的区域代表着小于基准元素的区域。
接下来,我们切换到left指针进行比较。如果left指向的元素小于pivot,则left指针向右移动;如果元素大于pivot,则把left指向的元素填入坑中。
在当前数列中,7>4,所以把7填入index的位置。这时候元素7本来的位置成为了新的坑。同时,right向左移动一位。
此时,right右边橙色的区域代表着大于基准元素的区域。
下面按照刚才的思路继续排序:
8>4,元素位置不变,right左移
2<4,用2来填坑,left右移,切换到left。
6>4,用6来填坑,right左移,切换到right。
3<4,用3来填坑,left右移,切换到left。
5>4,用5来填坑,right右移。这时候left和right重合在了同一位置。
这时候,把之前的pivot元素,也就是4放到index的位置。此时数列左边的元素都小于4,数列右边的元素都大于4,这一轮交换终告结束。
指针交换法:
给定原始数列如下,要求从小到大排序:
开局和挖坑法相似,我们首先选定基准元素Pivot,并且设置两个指针left和right,指向数列的最左和最右两个元素:
接下来是第一次循环,从right指针开始,把指针所指向的元素和基准元素做比较。如果大于等于pivot,则指针向左移动;如果小于pivot,则right指针停止移动,切换到left指针。
在当前数列中,1<4,所以right直接停止移动,换到left指针,进行下一步行动。
轮到left指针行动,把指针所指向的元素和基准元素做比较。如果小于等于pivot,则指针向右移动;如果大于pivot,则left指针停止移动。
由于left一开始指向的是基准元素,判断肯定相等,所以left右移一位。
由于7 > 4,left指针在元素7的位置停下。这时候,我们让left和right指向的元素进行交换。
接下来,我们进入第二次循环,重新切换到right向左移动。right先移动到8,8>2,继续左移。由于2<8,停止在2的位置。
切换到left,6>4,停止在6的位置。
元素6和2交换。
进入第三次循环,right移动到元素3停止,left移动到元素5停止。
元素5和3交换。
进入第四次循环,right移动到元素3停止,这时候请注意,left和right指针已经重合在了一起。
当left和right指针重合之时,我们让pivot元素和left与right重合点的元素进行交换。此时数列左边的元素都小于4,数列右边的元素都大于4,这一轮交换终告结束。
代码实现:
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